1、vhdl课程设计电子钟闹铃数字钟的设计一、系统功能概述（一）、系统实现的功能：1、具有“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示（小时从 00 23 ）。2、具有手动校时、校分、校秒的功能。3、有定时和闹钟功能，能够在设定的时间发出闹铃声。4、能进行整点报时。从 59分 50秒起，每隔 2秒发一次低音“嘟”的信号，连 续 5 次，最后一次为高音“嘀”的信号。（二）、各项设计指标：1显示部分采用的6个LED显示器，从高位至低位分别显示时、分、秒。2、 有一个设置调闹钟定时时间、正常时间的按钮，选择调的对象。3、 有三个按钮分别调时、分、秒的时间。4、 有一个按钮用作开启 / 关闭闹铃。5、另外需要两
2、个时钟信号来给系统提供脉冲信号，使时钟和闹钟正常工作，分别为1Hz、1kHz的脉冲。二、系统组成以及系统各部分的设计1、系统结构描述 / 要求：系统（或顶层文件）结构描述，各个模块（或子程序） 的功能描述；（一） 系统的顶层文件：1、 顶层文件图：（见下页）2、 各模块的解释：1）、7 个输入量 clk_1khz 、clk_1hz 、key_slt 、key_alarm 、sec_set 、min_set 、hour_set ：其中 clk_1khz 为闹铃模块提供时钟，处理后能产生“嘟” 、“嘀”和变化的 闹铃声音； clk_1hz 为计时模块提供时钟信号，每秒计数一次； key_slt 选
3、择设 置对象： 定时或正常时间； key_alarm 能够开启和关闭闹铃； sec_set 、min_set 、 hour_set 用于设置时间或定时，与 key_slt 相关联。各按键输出为脉冲信号。（2）、CNT60_A_SE模块：这个模块式将 clk_1hz 这个时钟信号进行 60 进制计数，并产生一个分钟的触发信号。该模块能将当前计数值实时按 BCD码的格式输出。将该输出接到两位 LED数码后能时时显示秒的状态。通过alarm_clk可以选择设置对象为时间还是 定时值。在设置时间模式上， key 上的一个输入脉冲可以将 clk 的输入信号加一。 在设置定时模式上， key 上的脉冲只修
4、改定时值，不影响时间脉冲 clk 的状态。同时该模块具有两个输出口 out_do 、 out_di 来触发整点报时的“嘟” 、“嘀”声音。(3)、CNT60_A_MlN模块:这个模块式将CNT60_A_SE的输出信号进行60进制计数，并产生一个时位 的触发信号。该模块能将当前计数值实时按 BCD码的格式输出。将该输出接到两 位 LED 数码后能时时显示分的状态。 通过 alarm_clk 可以选择设置对象为时间还 是定时值。在设置时间模式上， key 上的一个输入脉冲可以将 clk 的输入信号加 一。在设置定时模式上， key 上的脉冲只修改定时值，不影响时间脉冲 clk 的状 态。同时该模块
5、具有三个输出口 out_do 、 out_di 、 out_alarm 来触发整点报时的 “嘟”、“嘀”、闹铃声音。(4)、CNT24_A_H01模块：这个模块式将CNT60_A_MlN勺输出信号做24进制计数。该模块能将当前计 数值实时按BCD码的格式输出。将该输出接到两位LED数码后能时时显示时的状 态。通过 alarm_clk 可以选择设置对象为时间还是定时值。在设置时间模式上， key 上的一个输入脉冲可以将 clk 的输入信号加一。在设置定时模式上， key 上 的脉冲只修改定时值，不影响时间脉冲 clk 的状态。同时该模块具有一个输出口 out_alarm 来触发整点报时的闹铃声音
6、。(5)、PWM_01模块：该模块为PWM产生模块，通过EN可幵启和关闭PWM输出。模块根据 CLK信 号二分频产生的高低音，并组合，能输出三种声音状态“嘟” 、“嘀”、闹铃。而该三种声音要被秒、分、时的输出触发才能输出 PWM。(二)系统各个模块的VHDLS序：(1)、CNT60_A_SE模块：程序源代码如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnt60_a_sec isport(使能端模式、时间调节模式co: out std_logic; -进位输出，触发分计数模块
7、out_do: out std_logic;-在整点报时中输出“嘟”触发信号out_di: out std_logic -在整点报时中输出“嘀”触发信号);end;architecture a of cnt60_a_sec issignal qout2_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout2_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal clk
8、1,clk2,tclk,aclk,ac_slt: std_logic;beginprocess(alarm_clk) - 当该端口输入一个脉冲时，修改设置模式：时间调整或 闹铃模式切换 beginif alarm_clkevent and alarm_clk=1 thenac_slt=1;elseac_slt=0;end if;end if;end process;begin时间调整模式if ac_slt=0 then -则 tclk=0 ，通过挖洞方式添加aclk=0;if clk=1 and key=1 then -clk=1一个脉冲tclk=0;elsif clk=0 and key=1
9、 then -clk=0, 则 tclk=1, 产生一个高电平，添加一脉冲tclk=1;elsetclk=clk;end if;elsif ac_slt=1 then - 闹铃调整模式tclk=clk;aclk=key; -key 上的脉冲直接修改闹铃定时值end if;end process;process(tclk,clr,enb) -60 进制计数，个位、十位放在两个临时变量中，表示秒的状态beginif clr=1 then-clearing works at the state of high voltageqout2_l=0000;qout2_h=0000;elsif tclkev
10、ent and tclk=1 thenif enb=1 then-enable works at high voltageif qout2_l=1001 and qout2_h=0101 thenqout2_l=0000;-a full mode is completed and a carryout is generatedqout2_h=0000;elsif qout2_l=1001 thenqout2_l=0000;qout2_h=qout2_h+1;elseqout2_l=qout2_l+1;- in process of countingend if;end if;end if;en
11、d process;process(aclk,clr,enb)- 修改闹铃的定时值 beginif clr=1 then-clearing works at the state of high voltagealarm_l=0000;alarm_h=0000;elsif aclkevent and aclk=1 thenif enb=1 then-enable works at high voltageif alarm_l=1001 and alarm_h=0101 thenalarm_l=0000;-a full mode is completed and a carryout is gen
12、eratedalarm_h=0000;elsif alarm_l=0101 thenalarm_l=0000;alarm_h=alarm_h+1;elsealarm_l=alarm_l+1;- in process of countingend if;end if;end if;end process;产生进位 , 显示时process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h,alarm_clk)-间或闹铃定时值beginif qout2_l=0000 and qout2_h=0000 thenco=1;elseco=0;end if;if ac_slt=0 then
13、- 显示时间qout_sl=qout2_l;qout_sh=qout2_h;else - 显示定时值qout_sh=alarm_h;qout_sl=alarm_l;end if;end process;process(qout2_l,qout2_h) - 根据秒的状态输出“嘟” 、“嘀”触发信号beginif qout2_h=0101 thenif qout2_l=0000 thenout_do=1;elsif qout2_l=0010 thenout_do=1;elsif qout2_l=0100 thenout_do=1;elsif qout2_l=0110 thenout_do=1;el
14、sif qout2_l=1000 thenout_do=1;elseout_do=0;elsif qout2_h=0000 then if qout2_l=0000 then out_di=1; out_do=0;elseout_di=0;end if;elseout_do=0;out_di=0;end if;end process;end;(2)、CNT60_A_MlN模块:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnt60_a_min isport(clk,clr,enb
15、: in std_logic; -clk ：时钟输入信号， clr ：清零端， enb：使能端key: in std_logic; -输入按键脉冲，调整闹铃定时或时间alarm_clk: in std_logic; -1:alarm 0:clk - 设置模式选择：闹铃调节模式、时间调节模式qout_ml: out std_logic_vector(3 downto 0); - 显示输出分的低位qout_mh: out std_logic_vector(3 downto 0); - 显示输出分的高位co: out std_logic; -进位输出，触发时计数模块out_alarm:out std
16、_logic;-闹铃触发信号，时间到后输出高电平触发闹铃out_do,out_di: out std_logic- 在整点报时中输出“嘟” “嘀”触发信号);end;architecture a of cnt60_a_min issignal qout2_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout2_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal cl
17、k1,clk2,tclk,aclk,ac_slt: std_logic;beginprocess(alarm_clk) - 当该端口输入一个脉冲时，修改设置模式：时间调整或 闹铃模式切换beginif alarm_clkevent and alarm_clk=1 thenif ac_slt=0 then- 如果为定时模式，将改为闹铃模式ac_slt=1;elseac_slt=0;end if;end if;end process;process(key,clk,ac_slt) - 根据设置模式，处理 key 上的脉冲信号beginif ac_slt=0 then - 时间调整模式aclk=0;
18、if clk=1 and key=1 then-clk=1 则 tclk=0 ，通过挖洞方式添加一个脉冲tclk=0;elsif clk=0 and key=1 then-clk=0, 则 tclk=1, 产生一个高电平，添加一脉冲tclk=1;elsetclk=clk;end if;tclk=clk;aclk=key; -key 上的脉冲直接修改闹铃定时值end if;end process;process(tclk,clr,enb) -60 进制计数，个位、十位放在两个临时变量中，表示分的状态beginif clr=1 then-clearing works at the state of
19、 high voltageqout2_l=0000;qout2_h=0000;elsif tclkevent and tclk=1 thenif enb=1 then-enable works at high voltageif qout2_l=1001 and qout2_h=0101 thenqout2_l=0000;-a full mode is completed and a carryoutis generated qout2_h=0000;elsif qout2_l=1001 thenqout2_l=0000;qout2_h=qout2_h+1;elseqout2_l=qout2_
20、l+1;- in process of counting end if;end if;end if;end process;process(aclk,clr,enb) - 修改闹铃的定时值beginif clr=1 then-clearing works at the state of high voltage alarm_l=0000;alarm_h=0000;elsif aclkevent and aclk=1 thenif enb=1 then-enable works at high voltageif alarm_l=1001 and alarm_h=0101 thenalarm_l
21、=0000;-a full mode is completed and a carryout is generatedalarm_h=0000;elsif alarm_l=0101 thenalarm_l=0000;alarm_h=alarm_h+1;elsealarm_l=alarm_l+1;- in process of countingend if;end if;end if;end process;产生进位 , 显示process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h,alarm_clk) - 时间或闹铃定时值 of high voltage beginif
22、qout2_l=0000 and qout2_h=0000 then co=1;elseco=0;end if;if ac_slt=0 thenqout_ml=qout2_l;qout_mh=qout2_h;elseqout_mh=alarm_h;qout_ml=alarm_l;end if;end process;-判断定时值与时间值相等，输process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h)出闹铃触发信号beginif qout2_l=alarm_l and qout2_h=alarm_h thenout_alarm=1;elseout_alarm=0;end
23、if;end process;process(qout2_l,qout2_h) - 根据分的状态输出“嘟” 、“嘀”触发信号 beginif qout2_l=1001 and qout2_h=0101 thenout_do=1;elseout_do=0;end if;if qout2_l=0000 and qout2_h=0000 thenout_di=1;elseout_di=0;end if;end process;end;(3)、CNT24_A_HOUR块:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsign
24、ed.all;entity cnt24_a_hour isport(使能端设置模式选择:闹铃调节模alarm_clk: in std_logic;-1:alarm 0:clk-式、时间调节模式显示输出时的低位qout_hl: out std_logic_vector(3 downto 0); -qout_hh: out std_logic_vector(3 downto 0); - 显示输出时的高位co: out std_logic; - 进位输出out_alarm:out std_logi- 闹铃触发信号输出);end;architecture a of cnt24_a_hour issig
25、nal qout2_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout2_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_l:std_logic_vector(3 downto 0);signal alarm_h:std_logic_vector(3 downto 0);signal clk1,clk2,tclk,aclk,ac_slt: std_logic;beginprocess(alarm_clk) - 当该端口输入一个脉冲时，修改设置模式：时间调整或闹铃模式切换 begin如果为定时模式，将改为闹铃模式if al
26、arm_clkevent and alarm_clk=1 thenif ac_slt=0 then-ac_slt=1;elseac_slt=0;end if;end if;end process;begintclk=0;添加一脉冲tclk=1;elsetclk=clk;end if;elsif ac_slt=1 then - 闹铃调整模式tclk=clk;aclk=key; -key 上的脉冲直接修改闹铃定时值end if;end process;process(tclk,clr,enb) -24 进制计数，个位、十位放在两个临时变量中，表示时的状态beginif clr=1 then-cle
27、aring works at the state of high voltageqout2_l=0000;qout2_h=0000;elsif tclkevent and tclk=1 thenif enb=1 then-enable works at high voltageif qout2_l=1001 thenqout2_l=0000;-a full mode is completed and a carryout is generatedqout2_h=qout2_h+1;elsif qout2_l=0011 and qout2_h=0010 thenqout2_l=0000;qout
28、2_h=0000;elseqout2_l=qout2_l+1;- in process of countingend if;end if;end if;end process;beginif clr=1 then-clearing works at the state of high voltage alarm_l=0000;alarm_h=0000;elsif aclkevent and aclk=1 thenif enb=1 then-enable works at high voltageif alarm_l=1001 then alarm_l=0000;-a full mode is
29、completed and a carryoutis generatedalarm_h=qout2_h+1;elsif alarm_l=0011 and alarm_h=0010 then alarm_l=0000;alarm_h=0000;elsealarm_l=alarm_l+1;- in process of countingend if;end if;end if;end process;, 显示process(qout2_l,qout2_h,alarm_l,alarm_h,alarm_clk) - 产生进位时间或闹铃定时值 of high voltagebeginif qout2_l=0000 and qout2_h=0000
